[发明专利]一种受激辐射损耗敏化的荧光损耗原理及其超分辨成像方法与装置

权利要求书

1.一种受激辐射损耗敏化的荧光损耗原理，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1构筑不同组分的稀土离子掺杂荧光纳米材料；其中，稀土离子包括敏化离子和一种或多种活化离子，在激发光作用后，敏化离子能够吸收能量传递给所述一种或多种活化离子，使一种或多种活化离子发射出不同波段的荧光；

S2增加一单束损耗激光进行损耗；其中，所述单束损耗激光的波长与所述敏化离子中的两个能级的能量间隙匹配，通过引起受激辐射损耗过程，淬灭特定能级的能量，从激发源头阻断了所述敏化离子与所述一种或多种活化离子间的能量传递过程，猝灭所有一种或多种活化离子所有能级的发光，从而实现所述单束损耗光对所述一种或多种活化离子不同能级的荧光进行同时损耗。

2.根据权利要求1所述的受激辐射损耗敏化的荧光损耗原理，其特征在于，所述敏化离子为采用Nd³⁺，所述活化离子为Nd³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Eu³⁺或Tb³⁺中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的受激辐射损耗敏化的荧光损耗原理，其特征在于，还包括额外的敏化离子Yb³⁺，其用于辅助能量从Nd³⁺进一步转移到一种或多种活化离子。

4.根据权利要求1所述的受激辐射损耗敏化的荧光损耗原理，其特征在于，所述一种或多种活化离子在所述敏化离子作用下进行上转换发光时，具有多光子阶数越高，荧光损耗效率越高，所需损耗激光光强越低的特点。

5.一种基于权利要求1-3任一项所述的基于受激辐射损耗敏化的荧光损耗原理的多色超分辨成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1具有两条光路；在一条光路中，第一近红外光纤耦合激光器发出一束波长为740nm或800nm或860nm的单模激光，该激光经过准直扩束镜、小孔光阑滤波处理后，获得高斯型激发光束；

S2在另一条光路中，第二近红外光纤耦合激光器产生波长为1064nm的单模激光，该单模激光经过准直扩束镜、小孔光阑滤波后，经过空间相位调制板调制形成中心光强为零的空心光束，从而获得空心型损耗光束，空心型损耗光束的波长需要与敏化离子中发生受激辐射过程的两个能级的能量间隙相匹配；

S3对于聚焦的高斯型激发光束与空心型损耗光束在空间上进行共轴耦合，聚焦照射至稀土离子掺杂纳米材料，高斯型激发光束激发其产生荧光，而空心型损耗光束通过引发敏化离子的受激辐射过程，使敏化离子难以将能量传递给一种多或多种活化离子，从激发过程的源头上扼制损耗光照射区域发射荧光；

S4将掺杂一种或多种活化离子的纳米颗粒，通过生物化学方法，标记在样品的不同部位或结构上，用同一对近红外激发光和近红外损耗光经物镜聚焦后作用到样品上，并进行XYZ方向扫描，通过二色镜和滤光片分离出不同的上转换荧光信号，利用光电探测器检测上述超分辨荧光信号，得到超分辨图像。

6.根据权利要求5所述的基于受激辐射损耗敏化的荧光损耗原理的多色超分辨成像方法，其特征在于，对于多色成像，利用多个光电探测器同步对不同波长信号进行探测，得到不同波段的荧光图像，再将不同通道图像染色后叠加，即得到多色超分辨图像。

7.一种实现如权利要求5所述的多色超分辨成像方法的显微成像装置，其特征在于，所述装置包括激发光生成模块、损耗光生成模块、偏振分光棱镜、多光子显微扫描模块和光电探测模块，所述激发光生成模块用于生成用作激发光的近红外高斯型光束，所述损耗光生成模块用于生成用作损耗光的近红外空心型光束；所述偏振分光棱镜将水平面上互相垂直的近红外高斯型激发光束与近红外空心型损耗光束在空间上共轭耦合成一束耦合激光束，该耦合激光束通过多光子显微扫描模块聚焦在载物台上的样品上；光电探测模块用于检测上述样品被激发与损耗后产生的超分辨荧光信号。